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我国凝胶发动机试车成功,跻身世界先进技术行列
时间:2023-07-06 09:35:09 点击次数:

近日我国航空航天发动机领域又传出了一则好消息,北京航天试验技术研究所姿轨控试验区GS-2试验台一款新型凝胶火箭发动机首次高空模拟试车成功,这则消息只有寥寥数语,一般来说字越少事越大,它的关键之处就在于凝胶火箭发动机。

过去航天发射的火箭用的发动机推进剂为液体推进、导 弹发动机推进剂使用固体燃料推进剂。两种推进剂各有优缺点,固体推进剂能量密度大、易于储存、准备时间短,但比冲低(只有290秒)、不能二次点火。液体推进剂比冲高(可达453秒)、可二次点火,但能量密度低、加注储存麻烦不安全、准备时间长。

我国凝胶发动机试车成功,跻身世界先进技术行列

新型凝胶推进剂就是一种呈凝胶状态的推进剂,它综合了固体推进剂和液体推进剂的优点、克服了两者缺点。

什么是凝胶发动机?

火箭发动机大家都很熟悉,它在航天以及军事领域应用广泛,我国执行卫星发射、载人航天的运载火箭、国之基石的东风系列导 弹、各型火箭炮,甚至是我国最先进的高超音速无人侦察机无侦8,这些飞行器的动力都是火箭发动机,而我们想要飞出太空也只能用火箭发动机,这种发动机对人类来说是必不可少的,是它推动了航天和军事科技的进步。

那什么是凝胶发动机呢,这就要从火箭发动机的燃料推进剂说起。火箭发动机分为液体燃料发动机和固体燃料发动机,两者的差异就在于燃料的不同,我国航天发射的火箭使用的基本都是液体燃料,而东风系列导 弹使用的都是固体燃料。

使用凝胶推进剂的发动机,也叫凝胶发动机。它兼顾了固体燃料发动机与液体燃料发动机的优越性能,具有高能量密度的同时,还具有高比冲,并且可以二次点火,推力也可以调节,运输储存也更为安全方便。

凝胶推进剂一般有两种方向,一种是用特殊的方法将液体变成凝胶燃料,并在其中添加金属等物质用来增加能量密度,第二种就是将固体燃料变成凝胶燃料,并使用改进的氧化剂来增加比冲,简单来说这一过程就像是把普通汽油变成了威力更大的凝固汽油。它兼顾了液体燃料和固体燃料的优点,具有高能量密度的同时也拥有高比冲,并且可以二次点火,推力也可以调节,运输储存更安全。

我国凝胶发动机试车成功,跻身世界先进技术行列

以色列公司开发出新型凝胶燃料火箭发动机

2020年12月,以色列的一家公司 NewRocket 开发出了新一代的火箭引擎,采用透明的固态凝胶燃料,不仅成本低,而且还更加环保。

这家公司的火箭发动机适用于航空以及军事防御用途,适用于各种尺寸的火箭。这款燃料名为 PowerGel,是由以色列理工学院的本尼 · 纳坦教授研发的,目前只授权给这一家公司使用。

公司 CEO 哈雷尔表示,“这种燃料是由常见的煤油制成的,我们在燃料中加入一种材料,使之转化为凝胶,然后加入其它物质,从而创造出一种高性能、高能量密度的推进剂。”哈雷尔拒绝透露这些添加物的成分,并解释这种燃料能够在接触氧化剂时自燃。

这家公司依旧在研发这种火箭发动机,并获得了以色列航天局、以色列创新局总计约 600 万美元的投资。公司 CEO 哈雷尔表示,该公司正在进一步融资,以扩大研发进度,早日将产品推向市场。该公司已经从英国投资机构 CBG 获得了 100 万美元的投资。

目前使用的部分火箭采用剧毒的肼(N2H4)作燃料,这种燃料预计在欧洲将被禁止使用,因此相关领域的公司致力于开发更加环保的高能量密度燃料。目前广泛使用的液氧煤油发动机、液氧液氢发动机尽管十分环保,但是也有着很高的不稳定性,不耐储存,并且难以随时启停。

哈雷尔表示,这家公司开发的火箭发动机将 “完全可控”,意味着可以随时启停。他还说,“我们的燃料是可控、易储存并且无毒的,据我所知,只有我们具备这种接近完美的解决方法。”

北京航天试验技术研究所,发动机“专用考场”

这次国内凝胶发动机试车成功的平台,正是被誉为国内发动机“专用考场”的北京航天试验技术研究所。

北京航天试验技术研究所成立于1958年,是我国成立最早、规模最大、功能齐全、技术先进的航天液体动力综合试验验证中心。在这里,火箭、卫星、飞船、空间探测器上使用的各种发动机以及火箭动力系统要完成发射前最后一场“考 试”,通过“考  试”后,它们将奔赴太空。

“金牌火箭”末级发动机的“考场”:二号台

二号台建成于1960年,是我国第一座低温液体火箭发动机试验台,也是我国第一座氢氧火箭发动机试验台。它承担了多型液体火箭发动机的研制,2022年被授予“航天液体动力功勋试验台”。

我国凝胶发动机试车成功,跻身世界先进技术行列

北京航天试验技术研究所还有我国唯一的“航天液体推进剂研究中心”。这里完成了四氧化二氮、绿色四氧化二氮、无水 肼、甲基 肼、偏二甲 肼、单推三等产品的研究与定型,服务于我国各型星箭弹船的发射,为我国航天和国防事业的发展做出了重要贡献。

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